单线路堤上挡风墙高度研究

采用数值模拟计算的方法,对单线路堤上不同高度单、双侧挡风墙对列车气动性能的影响进行研究。研究结果表明:安装挡风墙后,车辆的气动力系数远远小于无挡风墙时的气动力系数,车辆的迎风面受到的压力由大部分正压转变为大部分负压,车辆顶部受到的负压明显减小;挡风墙的不同高度对车辆的气动性能有明显影响,挡风墙高度较低时,横向力系数为正值,随挡风墙高度的增加而减小,达到一定高度后,由正值变为负值,而倾覆力矩系数则正好相反;对于单侧挡风墙,在挡风墙高度为1.85 m时,车体的倾覆力矩系数为0,其合理高度应为1.85 m;对于双侧挡风墙,当挡风墙高度为2.00 m时,倾覆力矩系数为0,因此,挡风墙合理高度为2.00 m。     

双层集装箱车辆和棚车气动性能的比较

基于三维定常不可压Reynolds时均Navier-Stokes方程和k-ε双方程模型,采用有限体积法对横风、路堤、挡风墙等环境耦合下运行的双层集装箱车辆和棚车的气动性能进行数值分析.研究结果表明:双层集装箱车辆周围流场较棚车复杂,前者横向力与侧滚力矩均比后者的大;无挡风墙时,双层集装箱车辆和棚车的气动力与路堤高度均呈线性关系,前者横向力及侧滚力矩与路堤高度的线性比例系数均比后者的大,分别为5.37和-11.09,对棚车则分别为3.53和-10.46;有挡风墙时,两车的气动力差值随路堤高度增加而减小,路堤高度0 m时其差值最大,前者横向力较后者大57.12 kN,侧滚力矩则大177.11 kN·m;设置挡风墙后,车辆横向力和侧滚力矩大大减小,路堤高度越高,减小幅度越明显,表明挡风墙对提高大风区尤其是高路堤区段的车辆气动性能效果显著.     

列车荷载下桩网路基加筋垫层土工格栅受力影响因素分析

基于桩网路基动力有限元模型,分析了桩间距、路基高度、桩端土体模量、垫层模量对列车荷载作用下土工格栅受力的影响.研究结果表明:线路纵向方向上土工格栅的拉力随桩间距增加而增加,桩间距大于2m对桩间土处格栅拉力影响较小,而对桩顶和边缘的格栅拉力影响较大;路基高度与土工格栅拉力基本呈正比关系;随桩端土体模量增大,土工格栅拉力减小,当桩端土体模量达到100 MPa时,格栅拉力基本不受影响,垫层模量变化对格栅拉力基本没有影响;列车荷载作用下的格栅拉力增量随路基高度增加而增加,随桩端土体模量增大而减小;沿路基横断面路基中心到坡脚的土工格栅拉力受桩间距、路基高度、桩端土体模量和垫层模量变化的影响与上述结论类似,但从路基中心到路肩再到坡脚,以上因素的影响程度逐渐降低.     

风吹雪积雪分布特征和铁路路基形式相关性研究

风吹雪现象会导致积雪的重分布,减少交通线路内的积雪对维护交通安全具有重要意义.本文基于铁路全线的风吹雪现象调查,采用欧拉多相流模型对不同铁路路堑形式的风雪场分布特征进行分析,并设计正交试验针对不同路基形式对积雪量的影响程度进行分析.研究结果表明：风吹雪作用下,流速与雪深的变化趋势呈现负相关,路堤路基面会使流场加速减小雪量,路堑路基面会减弱流速增加积雪.路基结构形式的改变主要影响路基断面过流尺寸和路基内流速分布,其中路堑深度是影响轨道结构区域沉积雪量的主要因素.当路堑深度增加时,路基边坡和积雪平台可以更显著地发挥承载积雪的作用;放缓路堑边坡以及增加积雪平台宽度可以减缓路堑结构对风场的影响.     

基于Kriging模型的挡风墙优化设计

将基于Kriging模型的近似技术引入到挡风墙的优化设计,其关键步骤为:采用最优拉丁超立方试验设计,选取均匀、随机和正交的参数试验样本点,用初始样本点的目标值建立Kriging近似模型,结合优化算法,得到最优参数;在挡风墙的优化设计中,选取路堤和挡风墙为设计变量,倾覆力矩为目标值,建立Kriging模型,应用序列二次规划算法,得到不同路堤下的最优挡风墙高度.研究结果表明:本文方法在挡风墙的优化设计中是高效、可行的,并得到了不同路堤高度下,最合理的挡风墙高度;路堤高度越高,倾覆力矩对挡风墙高度变化的灵敏度越高,最优挡风墙的高度越小.     

青藏高速公路宽幅路基温度场模拟分析

运用ABAQUS及其二次开发平台,建立了多年冻土地区路基温度场有限元分析模型.运用该模型对低等级公路窄幅路基和高等级公路宽幅路基温度场进行对比分析,对宽幅路基融深变化规律进行了研究.结果表明:不同宽度路基温度随时间均呈周期变化,但每年平均温度呈现总体上升的趋势,且在相同的时间条件下,随着宽度的增加,温度不断上升,但增加幅度逐渐降低;路基中心线处融深随宽度的增加呈三阶段上升趋势,路肩处融深随宽度的增加呈直线上升趋势,坡脚处融深随宽度的增加而增加,但变化幅度很小;增加宽幅路基高度可以在一定程度上起到保护冻土的作用,但路基高度增加到一定值后,继续增加高度对提高冻土上限作用不明显.     

高速铁路挡风墙防风特性风洞试验及优化比选

基于列车穿越大风区时其气动力显著增大,可能导致列车脱轨及倾覆等事故,采用风洞试验方法研究不同高度挡风墙下动车组气动特性和触网处风速,分析大风环境下高速铁路挡风墙的防风效果进而比选确定挡风墙结构主要参数。研究结果表明:动车组在平地情况下的升力系数、侧力系数和倾覆力矩系数随侧滑角的增大而增大;当设置2.5 m高挡风墙时,动车组的升力系数、侧力系数和倾覆力矩系数的绝对值均大幅度降低;当挡风墙增高至5.0 m时,对动车组有一定的防护作用,但其防护性能比2.5 m高挡风墙的防护效果差;设置2.5 m高挡风墙对接触线有一定防护效果,5.0 m高挡风墙使得接触线和承力索处的风速均大幅度下降,最小降幅达到55%,说明5.0 m高挡风墙对接触网有更好的防护作用。综合考虑挡风墙对动车组倾覆的安全防护、接触网的防护及其自身加强措施、结构的经济合理性,建议大风区高速铁路挡风墙的合理高度为轨面以上2.5 m。     

兰新铁路土堤式挡风墙阶梯式设计

采用计算流体力学方法对土堤式挡风墙阶梯式设计进行了数值模拟,分析挡风墙后列车的气动性能。研究结果表明:采用阶梯式设计后,列车所受到的横向力、升力和倾覆力矩明显减小,中间客车的横向力、升力和倾覆力矩分别最大减少88.7%,58.3%和75.6%;车体迎风面较大面积的强正压转变为大部分负压,车体顶部负压减小,整个车体基本处于一个负压环境中,因而受力情况明显好于原挡风墙下的车体受力。同一阶梯高度下,机车受到的横向力和倾覆力矩最大,第一节客车受到的升力最大;不同车速下,车体横向力、倾覆力矩随阶梯高度变化的拟合曲线基本相同,且在阶梯高度0.6~1.0 m之间变化平缓。     

内马铁路陡坡路基不均匀沉降及影响因素分析

陡坡路基不均匀沉降影响路基稳定性.以内马陡坡路基为工程依托,通过数值计算,分析不同填筑坡率,填筑高度、路基填筑的压实度等对陡坡路基不均匀沉降的影响.结果表明路堤坡度对路基变形有一定的影响,路堤坡度越大,路基的不均匀沉降量越大、总沉降量也越大.地基坡度对路基沉降有着显著影响,沉降差异随坡度的增大而增大.填土高度对路基沉降影响较大,随填高增加沉降增加量呈增大趋势且填土越高断面差异变形也越大.填土弹性模量对路堤填土总沉降、路堤填土不均匀沉降影响较大,不均匀沉降随着模量增大而逐渐减小.     

涪丰高速顺层高边坡的设计与施工

顺层状岩质路堑边坡及其支护设计是公路和铁路路基设计难题之一.本文针对重庆市涪陵至石柱高速公路顺层路堑边坡的设计,通过模拟试算剪出口位置,得到路基稳定安全系数随剪出口的深度加深而加大相关规律,并提出了适宜的加固处理方法.     

平屋顶槽式聚光器风压分布及形成机理

通过Ansys Workbench平台,建立了屋顶槽式聚光器数值模拟计算模型,对平屋顶上槽式聚光器的风压分布进行了大涡模拟。并将模拟得到的结果与风洞试验进行对比,验证了大涡模拟结果的准确性。研究了顺风向和斜风向角下槽式聚光器镜面的风压分布规律,以及屋顶槽式聚光器风荷载的形成机理,同时对不同仰角和不同女儿墙高度进行对比分析。结果表明,顺风向工况下聚光器镜面风压主要受屋顶柱状涡所控制,斜风向工况下镜面的风压主要由受聚光器周围的局部旋涡所造成；聚光器镜面的风压系数随仰角的增大而减小；屋顶女儿墙高度的增加会一定程度上减小槽式聚光器镜面的风压系数,顺风向下受女儿墙高度变化比斜风向情况下更明显。所得结论可以为平屋顶槽式聚光器的结构抗风研究提供理论依据。     

内置格栅诱导通道的太阳能通风墙性能

提出一种利用太阳能和风能实现室内自然通风的新型内置格栅诱导通道的太阳能通风墙模型,通过三维数值模拟研究在不同室外风速和太阳辐射强度下结构参数对其通风性能的影响.结果表明,内置格栅诱导通道可以有效利用室外风形成对太阳能通风墙主通道内气流的诱导作用而强化自然通风;该太阳能通风墙通风量随格栅间距与格栅高度比值的增加先增大后减小,存在最佳比值使通风量最大;随着风诱导通道宽度与主通道宽度比值的增加,不同室外风速下的通风量均呈先增大后减小的变化趋势.     

风电机组塔筒结构绕流风场的数值模拟研究

为研究风电机组塔筒结构的气动力特性,基于ANSYS软件,建立了塔筒结构的简化模型并对其进行绕流风场的数值模拟分析,主要探讨了塔筒结构表面风压分布特征,风场风速、湍流度及不同高度比对塔筒表面风压分布的影响.结果显示,圆锥塔筒结构背风面在绕流作用下沿高度方向由上向下形成连续几个回流区,导致背风面受到正压作用;不同风速只有对塔筒背风表面压力大小有较之明显影响,而对塔筒迎风面及侧风面压力大小影响很小;湍流强度对模型表面风压系数大小有不同程度的影响,随着湍流强度的增加,模型侧面(大部区域)、背风表面的压力绝对值相应减小;不同高度比对模型表面风压分布有显著影响.研究结论可为风力发电机塔筒结构的设计提供参考.     

高速公路软土路基沉降规律监测及FLAC模拟

采用粉喷水泥搅拌桩法,试验研究了高速公路软土路基沉降的变形特性,对路基关键部位的竖向沉降进行了现场监测,得到了软土路基的变形的初步规律。现场试验表明,粉喷水泥搅拌桩法适宜于加固饱和软粘土地基,可用于增加软土路基的承载力,减少路基沉降量。基于软土粘塑性蠕变本构模型理论,应用FLAC-3D软件完成了浙江某高速公路路基的的蠕变沉降规律的计算机模拟。FLAC-3D计算得到的竖向沉降与实际监测结果基本一致。计算表明,粘塑性蠕变本构模型可以较好地模拟软土路基变形问题,可将该模型用于软土路基沉降计算及预测预报,为软土路基沉降控制提供重要的理论依据。     

大气波动不稳定与林区降水分布(Ⅱ)

<正>用二层模式下的斜压波模型,讨论了山地林区垂直风速切变对波动不稳定的影响,指出这是山地林区降水随高度增加的主要原因之一。 随着林区透风结构的变异,林区所形成的垂直风速切变是不同的:大范围紧密结构的原始林区形成的切变较强,降水增加较明显;稀疏林区形成的切变较弱,降水增加就不显著。对原始林区的大面积皆伐则导致林区降水减少,生态平衡失调。     

大风区高速铁路新型防风设施研究

兰新(甘肃兰州—新疆乌鲁木齐)第二双线是世界上1条已建成的最长高速铁路,也是世界首条穿越大风区的高速铁路,线路穿越大风区最大瞬时风速达64 m/s,严重威胁列车运行安全,针对既有防风设施(主要为挡风墙)难以满足大风条件下防止列车倾覆、保护受电弓和接触网安全及防沙等要求,提出一种新型防风设施即防风走廊,并通过数值计算、风洞试验、动模型试验等方法进行系统研究。研究结果表明:在防风走廊的防护下,动车组的倾覆力矩是无防风设施时的1%~2%,是有挡风墙时的4%左右;接触网处的风速度仅为环境风速的6%左右;半封闭防风走廊开口处的最大速度仅为6.08 m/s;而走廊内部和动车组表面的压力变化表明半封闭走廊更具优势,不会附带产生隧道空气动力效应等不利影响。这说明防风走廊既能实现对列车和接触网综合防护,兼具防沙功能,同时也不会产生隧道空气动力效应等不利影响,作为一种新型高等级铁路防风设施具有应用推广价值。     

建筑造型对悬挑屋盖风荷载的影响

通过同步测压刚性模型风洞试验,对设置不同建筑造型悬挑屋盖的风荷载特性进行了研究,讨论了肋条高度、波纹间距对该类屋盖风荷载的影响.结果表明:在所选参数范围内,肋条高度对悬挑屋盖风荷载的作用机制影响不大,但当来流与屋盖波纹呈一定夹角时,波纹间距将在一定程度上改变屋盖波纹部分风压的作用机制,该部分风压功率谱及屋盖正压达最大时的风向角均发生变化.肋条高度对悬挑屋盖最不利负压(0°风向角)影响很小,但随着屋盖肋条高度的增加,屋盖最大正压(110°风向角)逐渐减小.最不利负压工况(0°风向角)时,屋盖平底、波纹部分风压均对波纹间距不敏感,最不利正压工况(130°风向角)时,随着波纹间距的增加,屋盖平底、波纹部分风压均减小,尤其是波纹部分.     

移动荷载作用下既有高速铁路路基拓宽计算分析

通过有限元软件PLAXIS对土工合成材料加筋既有高速铁路路基的加筋效果和动态响应特性进行分析,以具体拓宽道路为例,对比有限元仿真模型计算结果与典型试验结果,验证了有限元模型的准确性,并对比了三维与二维模型的差异,研究了既有高速铁路加宽路基在移动荷载作用下的动态响应特性。结果表明：在列车动荷载作用下,变形不仅发生于荷载正下方路基,路基两侧的坡面上也伴随变形发生,且靠近加宽路基一侧的坡面变形更明显,相对整体而言,加宽路基处更容易发生过大的变形而导致失稳破坏。路基表面应力变化有一定滞后性,动应力衰减系数与列车速度呈正相关。相较于列车静载,列车动荷载产生的路基表面峰值应力更大。路基沉降与路基高度总体上呈现出正相关趋势,随着高度的降低,沉降减少。路基坡面横向变形随列车的运动响应较快,最大横向变形发生在路基上部。利用土工格栅对既有高速铁路加宽路基加筋,可显著改善路基变形特性,结合经济效益分析,在中上部进行加筋效果较优。     

框剪结构剪力墙中断条件的数值分析

用杆系-层模型和振型分解反应谱法,分析不同高度和结构刚度特征值的断层剪力墙框剪结构地震反应,设定可中断剪力墙的高度条件.计算表明,可中断剪力墙高度的决定因素为上部框架的抗剪能力,随着刚度特征值的增加,可中断剪力墙的相对高度随之增加.文中给出结构高度和相对高度的表达式,结构高度对相对高度的影响较小.     

山区乡村房屋模型水流作用试验

通过山区乡村房屋模型在水流槽中进行模拟山洪水流作用的试验,研究山区洪水对村镇房屋的作用,了解不同地形地貌条件下,不同墙体开洞率的山区乡村房屋在山洪作用下的作用机理和作用特性.根据试验结果得出各片墙体所受水流力的分布规律为水平方向中间大两头小,竖直方向随高度的增加而减小,模型沿水流方向所受总合力随着开洞率的增大而逐渐减小,依据此规律,山区乡村房屋在设计和建造时应考虑满足适当的开洞率,以降低所受到的水流作用力.